1501

УДК 581.1 (076.5)

Физиология растительной клетки. Водный режим растений. Методические указания для выполнения лабораторных работ по дисциплине

«Физиология растений» для студентов очной формы обучения по направлению подготовки 35.03.10 «Ландшафтная архитектура» -

Н. Новгород: Нижегородский государственный архитектурно-

строительный университет, 2014. – 26 с.

Методические указания разработаны для студентов 1 курса очной формы обучения, изучающих общий курс «Физиология растений». В

методических указаниях приводится описание лабораторных работ по разделам «Физиология растительной клетки» и «Водный режим растений».

Для каждой работы приведены указания о ее выполнении, перечислены материалы и оборудование.

Составитель доц. Н.М. Юртаева.

© ННГАСУ 2014

Раздел 11. Водный режим растений……………………………………….14

Работа 1. Определение интенсивности транспирации весовым методом.

4

Раздел 1. ФИЗИОЛОГИЯ РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ Работа 1. Плазмолиз и деплазмолиз. Формы плазмолиза.

Введение. При погружении клеток в гипертонический раствор происходит отсасывание воды из клеток до тех пор, пока не сравняются концентрации клеточного сока и наружного раствора. При этом клеточные стенки сокращаются до полной потери тургора, после чего начинается плазмолиз, то есть отставание цитоплазмы от оболочки клетки. Сначала цитоплазма отстает от оболочки в уголках (уголковый плазмолиз), затем во многих местах с образованием вогнутых поверхностей (вогнутый плазмолиз), наконец принимает округлую форму (выпуклый плазмолиз).

Для каждой клетки можно подобрать следующие растворы: 1)гипотонический, у которого осмотическое давление меньше

осмотического давления клеточного сока; 2)изотонический, имеющий осмотическое давление, равное

осмотическому давлению клеточного сока; 3)гипертонический, у которого осмотическое давление больше

осмотического давления клеточного сока.

В качестве плазмолитиков (вещества, растворы которых вызывают плазмолиз) используют вещества, плохо проникающие через цитоплазму в вакуоль.

Процесс исчезновения плазмолиза называется деплазмолизом. Материалы и оборудование: 1) луковица, в клетках эпидермиса

которой содержится антоциан; 2) 1М раствор азотнокислого калия; 3) стеклянные палочки; 4) предметные и покровные стекла; 5)

препаровальные иглы; 6) бритвы, скальпель; 7) микроскопы; 8)

фильтровальная бумага; 9) стакан с водой; 10) пинцеты.

5

Ход работы. Берут луковицу, клетки эпидермиса которой содержат антоциан. Делают тонкий срез с морфологически нижней стороны и помещают его на предметное стекло в каплю воды, покрывают покровным стеклом и рассматривают под микроскопом при малом увеличении. Все клетки препарата в этом случае будут иметь равномерную окраску из-за наличия антоциана. Затем с одной стороны покровного стекла помещают каплю раствора азотнокислого калия, с противоположной стороны, не сдвигая препарата, отсасывают воду кусочком фильтровальной бумаги.

Этот прием повторяют два-три раза до полной замены воды раствором азотнокислого калия. Все время следят в микроскоп за тем, что происходят в клетках. При этом обнаруживают постепенное отставание протопласта от стенок клеток сначала в уголках (начальная стадия уголкового плазмолиза), а затем и от всей поверхности клеток. Позже уголковый плазмолиз переходит в вогнутый, а затем в выпуклый. Однако после округления протопласты в отдельных зонах клетки могут быть связаны с клеточной оболочкой тонкими плазматическими нитями (судорожный плазмолиз).

В наступлении различных форм плазмолиза играют большую роль силы сцепления пограничного слоя протоплазмы и ее вязкость. У молодых клеток, вязкость которых очень велика, обычно наблюдаются все указанные стадии плазмолиза, у клеток, вязкость которых ниже, чем у молодых клеток, очень скоро наступает выпуклый плазмолиз и почти отсутствует судорожный. Такие формы плазмолиза неустойчивы и время их наступления разнообразно. Деплазмолиз – явление обратное плазмолизу, его наблюдают при отсасывании плазмолитика от препарата,

заменяя его водой. В этом случае плазмолиз прекращается, и протопласт начинает заполнять весь объем клетки.

Записать результаты наблюдений и сделать схематические рисунки клеток в воде и после пребывания в растворе азотнокислого калия,

6

обозначив основные составные части клеток и показав стрелками процессы плазмолиза и деплазмолиза. Сделать выводы, ответив на следующие вопросы:

1)Что такое плазмолиз и каковы его причины?

2)Как происходит деплазмолиз?

3)Способны ли плазмолизироваться мертвые клетки?

Работа 2. Осмотический выход воды из клеток, подвергшихся плазмолизу.

Материалы и оборудование: 1) корнеплод моркови; 2) скальпель; 3) препаровальная игла; 4) фильтровальная бумага; 5)стеклянный стакан; 6) концентрированный раствор глицерина.

Ход работы. Вырезают кубик из паренхимной ткани моркови размером 1 кубический сантиметр, обмывают его водопроводной водой,

чтобы удалить пузырьки воздуха снаружи. Обсушивают фильтровальной бумагой, затем накалывают на конец препаровальной иглы, помещают в раствор глицерина. Концентрированный раствор глицерина имеет большое осмотическое давление, поэтому вода выходит из клеток моркови и в виде струек поднимается вверх, то есть происходит осмотический выход воды из клеток ткани моркови.

Сделать рисунок и вывод из наблюдаемого явления.

Работа 3. Осмотическое давление клеточного сока у растений различных систематических групп.

Введение. Давление, которое способен развивать раствор, всасывая воду через полупроницаемую мембрану, называется осмотическим.

Величина осмотического давления какого-либо раствора прямо пропорциональна его концентрации (числу частиц, растворенных в

7

единице объема) и абсолютной температуре. Концентрацию клеточного сока, представляющего собой раствор большого количества разнообразных органических и минеральных веществ, чаще всего определяют по величине его осмотического давления. Наиболее простой метод определения осмотического давления клеточного сока – плазмолитический. Известно,

что плазмолиз способны вызывать только гипертонические растворы,

тогда как в изо- и гипотонических растворах плазмолиз не наблюдается.

Для определения осмотического давления клеточного сока плазмолитическим методом срезы исследуемой ткани погружают в ряд растворов известной концентрации. В качестве плазмолитика используют

1М раствор хлористого натрия. При этом находят такой раствор, который вызывает начальный (уголковый) плазмолиз не менее, чем 50% клеток у погруженного в раствор кусочка исследуемой ткани растения.

Изотонический раствор будет находиться между этим раствором и следующим (более слабым), который не вызывает плазмолиза. Отсюда следует, что концентрация изотонического раствора равна (с известно долей погрешности) среднему арифметическому между концентрациями указанных соседних растворов.

Установив концентрацию изотонического раствора, вычисляют осмотическое давление по уравнению Вант-Гоффа:

Р=Р1хТхСхСi , где:

Р - осмотическое давление в атм;

Р1 - универсальная газовая постоянная (0,0821);

Т - абсолютная температура (273 град. + t град.С);

С - концентрация раствора в молях;

I - изотонический коэффициент.

8

Для неэлектролитов, например, для сахарозы i = 1. Для растворов электролитов величина I зависит от числа ионов, на которые распадается молекула и от степени диссоциации.

Таблица 1.

Значения изотонического коэффициента (i) для растворов хлористого

натрия.

Материалы и оборудование: 1) луковица красного лука или лист красной капусты, листья элодеи, листья традесканции; 2) раствор хлористого натрия или сахарозы (1М); 3) кипяченая вода; 4) бюретки; 5)

воронки; 6) стекла предметные и покровные; 7) стеклянные стакана по 7

штук на каждый вид растения; 8) микроскоп; 9) лезвие бритвы; 10)

фильтровальная бумага; 11) карандаш по стеклу; 12) стеклянные палочки; 13) термометр комнатный; 14) кисточка.

Ход работы. Готовят растворы хлористого натрия следующих концентраций: 1,0; 0,8; 0,6; 0,4; 0,2; 0,1 М, наливая в стеклянные стаканы из бюреток соответствующие количества молярного раствора хлористого натрия и дистиллированной воды (например, для приготовления 10 мл раствора 0,6 М наливают в стакан 6 мл 1М раствора хлористого натрия + 4

мл дистиллированной воды и т.д.). Тщательно перемешав растворы,

закрывают их кусочками стекла для предотвращения от испарения.

Приготавливают с помощью бритвы 14 срезов исследуемой ткани на каждый вид растения, например, кожицы красного лука, помещают их в воду для вытекающего из поврежденных клеток сока. Через несколько минут срезы извлекают из воды кисточкой, обсушивают фильтровальной

9

бумагой и погружают по два среза в каждый раствор, начиная с самого концентрированного. Необходимо следить, чтобы срезы не плавали на поверхности растворов, а были погружены в них. Если они всплывают, их необходимо утопить препаровальной иглой. Через 20-30 минут рассматривают срезы под микроскопом в капле соответствующего раствора. Стеклянную палочку, которой наносится капля раствора,

кисточку, стекла необходимо тщательно ополаскивать водой и вытирать фильтровальной бумагой. Данные эксперимента заносят в таблицу 2.

Таблица 2.

Зависимость степени плазмолиза от концентрации раствора хлористого натрия.

Вычислить изотоническую концентрацию и давление клеточного сока по уравнению Вант-Гоффа для каждого вида растений, используя таблицу 1. Полученные данные занести в таблицу 3.

Таблица 3.

Осмотическое давление клеточного сока у растений разных систематических групп.

Сделать выводы о связи между концентрацией наружного раствора и степенью плазмолиза растений. Сравнить эти показатели у различных систематических групп растений.

10

Работа 4. Определение вязкости цитоплазмы по времени плазмолиза.

Введение. Промежуток времени от момента погружения клеток в гипертонический раствор до появления выпуклого плазмолиза называется временем плазмолиза. Это время зависит от вязкости цитоплазмы: чем меньше вязкость, тем легче цитоплазма отстает от клеточной оболочки и тем быстрее вогнутый плазмолиз переходит в выпуклый. Вязкость цитоплазмы зависит от степени дисперсности и гидратации коллоидов, от содержания в клетке воды и ряда других факторов. Цитоплазма растущих клеток и клеток, закончивших рост имеет равную вязкость. Для опыта используют молодые листочки элодеи, в которых можно различить четыре зоны: 1) в основании расположена слабо окрашенная зона деления клеток; 2) выше находится зона растяжения; 3) еще выше – зона дифференцировки; 4) зона верхушки листа, которая состоит из клеток,

закончивших рост и имеющих интенсивную зеленую окраску. Для сравнения рекомендуется проделать эксперимент с объемом, клетки которого имеют окрашенный клеточный сок.

Материалы и оборудование: 1) веточки элодеи; 2) чешуи лука красного или листья традесканции; 3) 0,8 М раствор сахарозы в капельнице; 4) лезвие бритвы; 5) препаровальные иглы; 6) пинцеты; 7)

микроскоп; 8) предметные и покровные стекла.

Ход работы. Берут два-три молодых листочка из верхушечной части побега элодеи, погружают их в каплю 0,8 М раствора сахарозы на предметном стекле и закрывают покровным стеклом. В другую каплю раствора сахарозы помещают срез эпидермиса красного лука или традесканции. Отмечают время погружения исследуемых объектов в раствор. Рассматривают препараты в микроскоп через каждые пять минут,

определяют время плазмолиза, при этом у листа элодеи наблюдают за